在多相电机驱动系统中,逆变器控制和调制算法引起的共模电压将会产生电磁干扰,从而影响系统正常工作、损坏电机定子绕组绝缘,降低电机使用寿命等;五相逆变器输出电流低次谐波将会导致定子铜耗增加,转矩脉动变大,影响电机控制性能。因此,为抑制输出电流中所含的低次谐波分量,并减小共模电压,提出一种基于虚拟电压矢量的五相电压源逆变器空间电压矢量脉宽调制算法(virtual voltage vector based space vector pulse width modulation,V3-SVPWM)。首先,根据伏秒平衡原理,选择相邻4个大矢量按照特定占空比合成有效虚拟电压矢量,选择2个方向相反的大矢量合成虚拟零矢量。然后,使用虚拟电压矢量合成参考电压,计算过程简单,便于数字实现。最后,将所提算法与最近2矢量SVPWM(near-two vectors based space vector pulse width modulation,NTV-SVPWM)和最近4矢量SVPWM(near-four vectors based space vector pulse width modulation,NFV-SVPWM)进行仿真和实验对比研究,验证所提算法的正确性和有效性。
基于占空比的五相永磁同步电机直接转矩控制(direct torque control with duty ratio,DTC-DR)算法具有实现简单、动态响应快等优点,但其存在定子电流低次谐波含量较高的问题。虽然基于虚拟电压矢量集占空比优化的直接转矩控制(virtual voltage vectors based DTC-DR,V3-DTC-DR)算法可以有效地抑制低次谐波电流,但其降低直流母线电压利用率,电机调速范围受限。为解决上述低次谐波抑制与直流母线电压利用率不可兼顾的问题,该文提出一种基于优化占空比的直接转矩控制算法,不仅具有优越的稳态性能和良好的谐波抑制能力,同时与V3-DTC-DR算法相比,可提高约17%的直流母线电压利用率,即扩宽电机调速范围。最后,将所提算法与DTC-DR和V3-DTC-DR算法进行实验对比研究,实验结果验证所提算法的可行性和有效性。
该文首先建立单相两电平脉冲宽度调制整流器数学模型,分析传统基于比例积分（proportional-integral,PI）控制器直接电流控制（direct current control,DCC）的工作原理,揭示其调制电压矢量端点在dq坐标系下的椭圆轨迹,在此基础上,提出一种基于调制电压椭圆轨迹优化的模型预测电流控制（model predictive current control,MPCC）算法。与传统基于PI控制器DCC算法相比,该算法利用评价函数预测最优椭圆半径,提高了内环动态响应速度及控制精度。然后,定量分析电感参数不匹配时预测电流与其参考值之间的关系,给出一种电感参数在线识别算法。最后,对传统有限集模型预测电流控制、基于PI控制器DCC和所提MPCC算法分别进行实验对比研究。实验对比分析结果证明了所提算法的正确性与有效性。
传统五相有限集模型预测电流控制(finite control set model predictive current control,FCS-MPCC)在评价函数中加入谐波电流约束,有效抑制了三次谐波电流,但会降低直流电压利用率,因此该方法无法兼顾稳态性能与电压利用率;基于虚拟电压矢量的五相FCS-MPCC稳态性能良好,但直流电压利用率较低,调速范围受限。因此,文中提出一种五相永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)全速度范围占空比优化FCS-MPCC。首先,采用大矢量作为控制集以充分利用直流电压,并计算占空比减小电流误差;然后,设计占空比分配方式实现全速度范围的三次谐波抑制,并增加滞环比较器和动态电流反馈提高系统的稳态性能和动态性能;最后,通过实验验证所提方法的正确性和有效性。
